旅途中的物理小知識①

曹鈴鈴

(江陰市臨港實驗學校初中部，江蘇 江陰 214443)

·STS研究·

旅途中的物理小知識①

曹鈴鈴

(江陰市臨港實驗學校初中部，江蘇 江陰 214443)

旅行，不光是看看美麗的風景，如果你細心留意觀察周圍的事物，會發現很多與物理相關的現象和知識，并且可以利用物理知識解決生活中的一些問題，真正做到“從生活走向物理，從物理走向社會”.

旅途；自然現象；物理知識

今年暑假，筆者去了江西的三清山和湖南的張家界游玩，在領略了祖國河山的美好風光的同時，還發現了旅途中有許多與物理相關的現象，并且運用物理知識幫助同行的朋友解決了一些問題，在欣賞風光的同時也體會到了幫助他人的快樂，并且深刻感受到物理真是一門非常有用的學科，體會到物理的“從生活走向物理，從物理走向社會”的宗旨.下面筆者就把旅途中的那些事和大家一起分享一下吧.

1 飛機的機翼

圖1

去湖南張家界旅游，我們是雙飛，坐上飛機的座位后，筆者就開始仔細打量這架飛機，尤其是看到了窗戶外飛機的機翼，形狀如書上所介紹的那樣，上面是曲面，下面是平面(如圖1).

同行的旅客就問了：“我第一次坐飛機，也是第一次看到飛機的機翼，它為什么做成這樣呢？為什么不反過來呢？”筆者給他解釋道：“因為機翼上方曲面、下方平面的設計，可以讓風吹過來的時候，也就是空氣流經機翼的上下方時，在相同的時間內流動的路程不同.很明顯在機翼上方，氣體流動的路程是曲線，大于下方直線的氣流路程，上方氣流的速度大于下方氣流速度.根據流體壓強與流速的關系：流速大的地方壓強小，可以知道機翼上方空氣流速大，壓強小；而機翼下方則空氣流速小，壓強大，從而形成向上的壓力差，也就是升力，飛機可以上升.”

2 飛機上“耳鳴”

坐過飛機的人都知道飛機在上升和下降的時候，人們往往會出現耳鳴現象.當飛機飛行在萬米以上高空時，空氣已經很稀薄，為了保證飛行安全，機艙內會加壓，反之飛機下降階段就會平衡艙內壓力使之與機外氣壓一致.如果飛機爬升階段或下降階段變化速度比較大，人體內的氣壓與體外的氣壓不一致，人就會感到不適，最敏感的就是人的耳朵，內耳中的液體就會異常，鼓膜也會因內外壓力不平衡而變化，所以耳鳴、頭暈、鼻子不通氣等也就正常了.在飛機上筆者對耳鳴的原因進行了解釋，并告訴大家在飛機上打哈欠、吞咽口水等動作對解除耳部不適會有很大幫助.大家用方法上述之后耳鳴果然減輕了不少，紛紛夸物理真的非常有用.

3 盤山公路

(1) 盤山公路本身就是一個斜面

現代人爬山與古代人相比已經是簡單了很多，也方便了很多，因為現代人很聰明，利用了盤山公路.盤山公路其實也是物理力學中的一種機械，叫做斜面.斜面的特點就是省力、費距離.斜面的坡度越小，費的距離就越多，就越省力，所以我們的盤山公路要修得彎彎曲曲，這樣的話可以減小坡度、省力.

(2) 盤山公路上拐彎處的反光鏡

以前在山上或是公路上拐彎處看到的反光鏡都是圓形的，這次在張家界的盤山公路的拐彎處看到的反光鏡卻是方的，并且很大.筆者當時心里一緊：難到這與之前看到的反光鏡不一樣？筆者記得書上說的反光鏡是凸面鏡，所以又仔細地觀察了這個鏡子，并且在鏡子里看到了縮小的司機、自己還有同車的許多乘客.恰好此時車上一位胖乘客問：“物理老師，你能不能說說那個鏡子啊？”因為剛才仔細觀察過了，所以筆者胸有成竹地告訴他：“這叫反光鏡，目的是在車輛拐彎前較早地發現對面的車輛，避免事故的發生.反光鏡的表面是凸出來的，它實際上就是一個凸面鏡，因為凸面鏡對光有發散作用，可以擴大視野，所以用它做反光鏡效果是最好的，我們的汽車后視鏡也是同樣的道理，大家不相信的話下車了可以去看看，摸一摸.”末了，又不忘調侃那個已經比較熟悉的胖乘客一句：“剛才經過反光鏡的時候你沒有發現鏡子里面的你變得苗條了？”這下，全車的乘客都笑開了，看來物理知識還有調節旅途氣氛的作用呢！

(3) 慣性

汽車在盤山公路上開的時候，其實最需要注意的就是慣性問題了，因為對于盤山公路而言，轉彎實在是太多了.剛進入張家界，坐上盤山公路大巴的時候，我就發現了這個大巴車與普通大巴車的不同之處：普通大巴車有時人多座位不夠的時候擠擠也是可以的，但是這個大巴一共30個座位，司機嚴格控制最多30個人坐，不允許任何一個人站著.大巴車行駛在盤山公路上時，如果有乘客站著的話是非常容易摔倒的，因為張家界的盤山公路是大角度的轉彎，而且基本上隔一分鐘一個大轉彎，那么我們必須緊緊抓住前面的座椅后背或者是周圍比較近也比較方便的扶桿，就是這樣做身子還是在左晃右晃的，如果站著的話肯定就摔來摔去，不知道摔了多少跤了.慣性是保持原來運動狀態不變的性質，在大巴車突然改變運動狀態的時候，人的腳已經跟著改變了運動狀態，但是人的上身卻保持原來運動狀態不變，顯示出與腳的不和諧，會容易摔倒，此時就需要用手來抓一些東西保持平衡.司機未必會用物理知識來解釋這個問題，但是長期的生活經驗告訴他，在盤山公路的大巴車上乘客是不可以站著的.物理知識是來源于生活，又是服務于生活.

4 吊橋

在三清山，上上下下爬過了無數個臺階后，眼前突然出現了一座吊橋.其實通往目的地的路有兩條，一條是和前面一樣的山路，另一條就是這個吊橋.不管害怕不害怕，大家無一例外地選擇了吊橋.其實吊橋，大家都只是在電視電影中看過，真正走過的人很少.膽大的男士走在前面開路了，膽小的女士緊跟其后，最后還跟隨著一些男士.在女士們小心翼翼地走到吊橋中央的時候，男士們就開始拼命搖繩，伴隨著女士們的尖叫，整個吊橋就左右搖晃起來.筆者也在其中，也被晃得很害怕，不過筆者發現，當我們在吊橋上像平時一樣走時，吊橋的晃動會使人摔倒.而不倒翁是因為重心位置較低才不會倒，假若讓自己的重心下移，是不是可以穩一點呢？于是筆者把兩腿盡量地左右張開，使重心盡量下移，發現這樣走果然穩很多，于是我一邊走，一邊喊：“大家盡量把腿左右張開，這樣走就穩了！”大家順利走過吊橋后，都問是怎么想到這個辦法的，筆者很簡單地說了句：“沒什么，不倒翁原理！”

在之后的張家界旅游過程中，我們去了宋祖英的外婆家——夯吾苗寨，這個苗寨同樣也有一個吊橋，我又用同樣的方法幫助了同行的旅客順利地走過了吊橋，心里真是美滋滋的.

5 水庫

大巴車在張家界盤山公路上行駛的時候，筆者在看窗外的風景，無意中看到了一個很大的水庫.這可是第一次親眼看到真正的水庫，筆者不由得多看了幾眼，發現其形狀是上窄下寬的設計，這種設計主要是與液體壓強有關，因為水的壓強是隨著深度的增加而增大的.但是這種設計除了這個原因之外，還有以下三個好處：第一，不僅節省了建筑材料，而且降低了壩體的重心從而更增加了壩本身的穩度；第二，坡形的設計有利于緩沖水對壩體的沖擊力，相同的沖擊力斜面比直面的受力要小得多；第三，梯形的設計還有效地增加了水庫可利用的儲水體積.

6 十里畫廊的小火車站臺上的黃線

張家界的山上有個很著名的景點叫十里畫廊，這是由十里連綿不絕的山峰組成的自然景觀，就像是一幅幅美麗的山水畫，因此得名為“十里畫廊”.由于游覽該景點的路途太長，景點就開通了小火車讓游客乘坐，讓游客坐在小火車上欣賞美麗的風景，同時火車上還配有喇叭在同步解說一路的美麗風光.筆者在等候小火車的時候發現：小站臺上也有一條小黃線，但是離小火車的鐵軌并不遠.看來景點的安全措施做得非常到位，盡管小火車開得并不快，但是開過來的時候，靠近小火車的地方空氣流速大，壓強小，而遠離小火車的位置空氣流速小，壓強大，會形成一個方向指向小火車的壓強差，人如果離小火車較近的話還是容易發生事故，所以景點在站臺設置了安全黃線，讓等候小火車的人站在黃線以外，避免離小火車太近.其實這里的物理知識點和飛機的機翼是一樣的，用這個知識點可以解決生活中的很多問題.

7 張家界的米飯很硬

在張家界吃的每頓飯，米飯都比較硬，尤其是在張家界的山上吃的那頓團隊餐，那個米飯不仔仔細細嚼一遍的話是咽不下去的，可想而知有多硬.其實這個現象在物理學上是可以解釋的.液體的沸點是與氣壓有關系的，氣壓越低，沸點也越低，而海拔越高，氣壓越低，所以在高山上水的沸點變低了.比如標準大氣壓下，水要100℃才沸騰，而在高山上，水不用達到100℃就能沸騰，這樣煮的米飯也就不怎么熟、很硬，張家界的人們習慣并且喜歡吃這樣的米飯.

8 《魅力湘西》的演出

《魅力湘西》的演出是整個行程中最讓人震撼的，簡直就是一場視聽盛宴.不過細心觀察的筆者是在整場演出中找到不少和物理相關的現象.

(1) 劇場的四周和屋頂凹凸不平

《魅力湘西》的演出是在一個很大的劇場里面進行的，進入劇場后演出還沒有開始，我仔細觀察了下劇場四周，發現劇場的四周和屋頂做得凹凸不平，這也是可以用物理知識解釋的.由于劇場面積比較大，聲音從舞臺傳出后遇到墻壁再反射回來的話，用的時間較長，回聲和原聲間隔的時間如果較長的話，人耳就可以把它們區分開，這樣觀眾會聽到兩個聲音，也就是說回聲會對原聲形成干擾.因此不光劇場，會堂的四壁和屋頂都做成凹凸不平或用蜂窩狀的材料制成，從而達到吸聲的目的.

(2) 舞臺的幕布

舞臺的幕布是白色的，并且比較粗糙，理由是：白色物體可以反射所有色光，而粗糙的幕布可以使光發生漫反射，讓劇場中各個不同角落的觀眾都能欣賞到精彩的演出.

(3) 劇場中的投影

劇場中的投影利用的是凸透鏡成倒立、放大的實像，這樣就可以把小小的投影片放大，令觀眾看得更加清楚，也更有感覺.

(4) 舞蹈演員的衣服顏色

整場演出給我留下最深刻記憶的是白族的歌伴舞《馬桑樹兒搭燈臺》，其中有對雙胞胎姐妹在舞臺中的雜技尤其引人注意.她們的衣服顏色也是非常艷麗，時而金光閃閃，時而紅艷艷，時而流光溢彩……那時我就在想：衣服能變化出這么多不同的顏色，肯定不是衣服本身的顏色，應該是燈光的顏色，那么這件衣服肯定是白色的，才可以反射所有色光.果不其然，最后打白光的時候，我清楚地看到了白色的衣服.

生活中處處皆物理，只要留心皆學問.旅行途中不但有美麗的風景，還有許多我們留心觀察就能發現的有趣的物理現象和物理知識.愿我們都做有心人，去發現旅途中和生活中的物理之美.

[1] 吳江燕.教室里的自然現象[J].當代教育，2009，(2).

[2] 朱志義.觀察分析身邊現象掌握應用物理知識——一堂初中物理總復習課[J].中學物理，2010，(2).

[3] 孫新茂.物理知識在日常生產生活中的應用[J].考試周刊，2012，(15).

①本文系江蘇省江陰市教師專項課題“農村初中物理課程資源融合與開發利用的策略研究”的成果之一.